飞思卡尔智能车比赛细则

2016

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第十一届竞赛规则导读

参加过往届比赛的队员可以通过下面内容了解第十一届规则主要变化。如果第一次参加比赛，则建议对于本文进行全文阅读。

相对于前几届比赛规则，本届的规则主要变化包括有以下内容：

1.本届比赛新增了比赛组别，详细请参见正文中的图1和第四章的“比赛任务”

中的描述；

2.第十届电磁双车组对应今年的A1组：双车追逐组。其它组别与新组别的对应

关系请参见图2；

3.为了提高车模出界判罚的客观性，规则提出了两种方法：路肩法和感应铁丝

法，详细请见赛道边界判定”；

4.改变了原有的光电计时系统，所有赛题组均采用磁感应方法计时，详细请参

见“计时裁判系统”；

5.取消了第十届的发车灯塔控制的方式；

6.赛道元素进行了简化，详细请参见“赛道元素”；

7.赛道材质仍然为PVC耐磨塑胶地板，但赛题组A2不再需要赛道。

8.对于车模所使用的飞思卡尔公司MCU的种类、数量不再限制。

9.比赛时，每支参赛队伍的赛前准备时间仍然为20分钟，没有现场修车环节。

一、前言

智能车竞赛是从2006开始，由教育部高等教育司委托高等学校自动化类教学指导委员会举办的旨在加强学生实践、创新能力和培养团队精神的一项创意性科技竞赛。至今已经成功举办了十届。在继承和总结前十届比赛实践的基础上，竞赛组委会努力拓展新的竞赛内涵，设计新的竞赛内容，创造新的比赛模式，使得围绕该比赛所产生的竞赛生态环境得到进一步的发展。

为了实现竞赛的“立足培养、重在参与、鼓励探索、追求卓越”的指导思想，竞赛内容设置需要能够面向大学本科阶段的学生和教学内容，同时又能够兼顾当今时代科技发展的新趋势。

第十一届比赛的题目在沿用原来根据车模识别赛道传感器种类进行划分的基础类组别之上，同时增加了以竞赛内容进行划分的提高类组别，并按照“分赛区普及，全国总决赛提高”的方式，将其中一个类别拓展出创意类组别。第十一届比赛的题目各组别分别如下：

●基础类包括B1光电组、B2摄像头组、B3电磁直立组、B4电轨组；

●提高类包括A1双车追逐组、A2信标越野组；

●创意类包括I1 电轨节能组。

图 1 不同组别，不同挑战度

每个组别在选用的车模、赛道识别方法、完成任务等方面存在差别，对于参赛选手不同学科知识和能力要求也不同，制作的挑战度也有较大的区别。相比较而言，

组别B1,B2,B4,A2适合大多数学生参加，B3，A1，I1适合高年级学生参加。图1给出了这三大类、七个赛题组的相对难易程度。

第十一届的竞赛赛题是在原来的三个组别的基础上发展而来的。这七个组别与传统的三个组别之间的联系如下图所示：

B3

B2

B1

B4A1

A2

I1

电磁直立组

摄像头组

光电组

电轨组

双车追逐组

信标越野组

节能

创意组

电磁光电

摄像头

直立

无定宽赛道

图 2 第11届赛题组与传统赛题组之间的关系

参赛选手须使用竞赛秘书处统一指定的竞赛车模套件，采用飞思卡尔半导体公司的8位、16位、32位微控制器作为核心控制单元，自主构思控制方案进行系统设计，包括传感器信号采集处理、电机驱动、转向舵机控制以及控制算法软件开发等，完成智能车工程制作及调试，于指定日期与地点参加各分（省）赛区的场地比赛，在获得决赛资格后，参加全国总决赛区的场地比赛。参赛队伍的名次（成绩）由赛车现场成功完成赛道比赛时间来决定，参加全国总决赛的队伍同时必须提交车模技术报告。

同一所学校不同组别的队伍如需节省练习场地面积，共用赛道，可以参照如下方式：

信标越野组（A2)没有定宽赛道，并且对于环境光线要求不高，所以可以在任意空闲场地练习； B1，B2，A1可以共用一条赛道；B3，B4，I1可以共用一条赛道；实际上，除了A2之外其它两个组别都可以铺设在同一场地上，只是在对于B1,B2,A1使用光电传感器的组别需要能够适应赛道表面上的白色铝膜的颜色。

为了克服往届比赛中人工判断车模出界的困难，本届比赛规则中增加了两种方法提高车模出界判断的客观性。一种是采用路肩方法；另一种采用感应铁丝方

法。同时，也改变了计时系统的方式，采用了磁标的方式标志了车模检测位置。

竞赛秘书处制定如下比赛规则适用于各分/省赛区比赛以及全国总决赛，在实际可操作性基础上力求更加公正与公平。

二、比赛器材

1、车模

（1）车模的种类

本届比赛指定采用五种标准车模，分别用于六个个赛题组。五种车模包括有三种四轮车模，两种两轮直立车模。

具体车模组别如下：

注1：比赛组别代码：

基础类：B1:光电组，B2：摄像头组，B3：电磁组，B4：电轨组；

提高类：A1：双车追逐组；A2：信标越野组；

创意类：I1：电轨节能组（车模自制，或者可以选用A,B,C,D,E竞赛车模）（2）车模修改要求

五种车模作为比赛统一平台，对于车模的机械的调整与修改有着严格要求。具体要求参见附录1：车模修改规定

2、电子元器件

（1）微控制器

●采用飞思卡尔半导体公司的8位、16位、32位系列微控制器作为车模中唯

一可编程处理器件。

图1众多的可被选择使用的微处理器

●使用微控制器的数量没有限制。

●如果所选用的传感器或者其它电子部件中也包含有微处理器，对此微处理器

的种类和数量不做限制，但其不得参与对于赛道信息识别和处理、不参与车模运动决策与控制。

（2）传感器

●传感器的种类需要根据不同竞赛组别而进行的选用。具体请参见“比赛任务”

中关于各比赛组别所允许使用的传感器类型说明。

●传感器数量不超过16个。传感器数量统计规则如下：

?光电传感器接收单元计为1个传感器，发射单元不算；

?CCD（线阵、面阵）传感器计为1个传感器；

?磁场传感器在同一位置的不同方向的传感器统一计为一个传感器。不同位置的磁场传感器、线圈则分别统计。

?用于检测起跑线下永磁铁的干簧管或者霍尔传感器，无论多少个，统一计为一个传感器；

?对于车模速度、姿态进行检测的传感器也计算在内。

●传感器型号限制

1)

如果选用加速度器，则必须选择飞思卡尔公司的系列加速度器产品。

图2飞思卡尔公司传感器产品系列

2)如果使用陀螺仪，则对陀螺仪型号没有任何限制。

飞思卡尔公司新出品的陀螺仪器件FXAS21002器件，体积小，灵敏度高，适合于智能车控制，推荐参赛选手选用这款陀螺仪传感器。

角速度曲线

FXAS21002

图3 FXAS21002陀螺仪测试板

（3）伺服电机

●定义：

车模上的伺服电机是指除了车模原有驱动车轮的电机之外的电机，包括舵机、步进电机或者其它种类的电机。

舵机直流电机步进电机

图4车模上的伺服电机

●数量限制

车模上的伺服电机数量不能够超过三个，其中包括转向控制舵机。

●功能限制

车模上的伺服电机只能用于控制车模上的传感器的方位，或者改变车模底盘姿态。不允许直接或者间接控制车模的转向、改变车模车轮速度。

3、电路板

竞赛智能车中，除单片机最小系统的核心子板、加速度计和陀螺仪集成电路板、摄像头、舵机自身内置电路外，所有电路均要求为自行设计制作，禁止购买现成的功能模块。自制的PCB板包括但不限于传感器及信号调理、电源管理、电机驱动、主控电路、调试电路等。如果自制电路采用PCB印制电路板，必须在铜层（TopLayer或BottomLayer）醒目位置放置本参赛队伍所在学校名称、队伍名称、参赛年份，对于非常小的电路板可以使用名称缩写，名称在车模技术检查时直接可见。

4、编程语言及调试工具

1)开发软件可以选择飞思卡尔公司的Codewarrior, S32 Design Studio, Kenetis

Design Studio, Processor Expert等开发调试软件，也可以另行选择；

2)开发调试硬件可以选择秘书处统一推荐的BDM工具，也可以另行选择。

三、比赛环境

1、赛道

（1）赛道材质

赛道采用PVC耐磨塑胶地板材料制作，材料与第十届比赛相同。

（2）赛道尺寸、形状、间距

赛道宽度（含路肩）不小于45cm。预赛阶段的赛场形状为边长约5m×7m长方形，决赛阶段的赛场约为预赛阶段的两倍。两条相邻赛道中心线之间的间距不小于60cm。赛道中存在着直线、曲线、十字交叉路口等。曲线的曲率半径不小于50cm。

如下图所示：

图5赛道基本尺寸

（3）赛道引导方式

不同组别，赛道引导方式不同。分为以下四种方式：

赛道边界线导引

对于光电B1、摄像头B2、双车追逐组别A1的赛道，赛道两侧铺设有黑色边界线用于赛道引导。边界线的宽度为25±5mm。如下图所示：

图6赛道边界引导线

中心电磁导引

电磁组B3引导线为一条铺设在赛道中心线上，直径为~的漆包线，其中通有20kHz，100mA的交变电流。频率范围20k±1kHz，电流范围100±20mA。

根据竞赛使用的20kHz的交变电流源的输出等效电路所示，可以使用下面建议的测量电路测量赛道电流。如果参赛队伍所使用的电流源输出电流的波形接近方波，则可以使用普通的数字万用表的交流电流档测量电流源输出的电流值。

图7信号源输出等效电路

电磁线是内嵌在赛道中心，上面使用白色胶带固定。如下图所示：

白色胶带

中心引导漆包线

凹槽，1mm深

图8电磁引导线固定方式

在PVC赛道上刻画出固定漆包线的凹槽需要借助于一些小的工具，可以使用两片

美工刀片制作成能够刻画出的双缝刀片，沿着中心线进行刻画。然后将双缝中间的PVC材料表面揭开，便形成了宽度为左右，深度为1mm左右的凹糟，可以铺设中心引导线。

1.5mm

缝隙

宽度

图9刻画赛道中心凹槽双缝刀片

电轨金属导引

电轨组B4和创意节能组I1的引导方式是通过铺设在赛道中心的两条铝膜胶带完成的。铝膜胶带一方面起到引导车模的作用，同时又为“节创意节能组”

的车模提供电源。

两条铝膜胶带铺设在赛道中心线两侧，相距5mm。如下图所示：

50m m

50mm

5mm

50mm

图10铝膜中心引导线

在赛道的曲线部分，为了方便铺设铝膜胶带，将铝膜胶带裁剪成长度不大于25cm的线段，通过线段逐步拼接的方式形成中心导引线。如下图所示：

为了减少拼接处的电阻，

使用镀锡铜线粘贴在拼

接缝隙处。

图11中心折线引导铝膜胶带

由于拼接处存在胶膜，产生很大的阻抗。为了不影响电轨供电，减少拼接处的电阻，在拼接处使用铝膜胶带将两段镀锡铜线粘贴在拼接缝隙处。

信标导引

信标越野组A2的比赛采用是信标导引的方式进行比赛。在铺有蓝色广告布的平整场地内随机安放五个左右的信标，车模在信标的导引下做定向运动。信标采用半球全向灯座，内部安装有红色和红外发光二极管（LED）阵列，通过比赛系统控制信标闪烁或者熄灭。车模可以通过光电传感器、摄像头等识别信标的红光或者红外光进行定位。由于信标采用了主动发射信号光的方式，所以提高了赛车识别的准确性，减少了环境光线的影响。

图12信标导引

关于信标的详细制作规范，可以参见竞赛组委会公布的《信标系统制作说明》文档。

（4）起跑线标志

竞速比赛要求车模在比赛完毕后，能够自动停止在停车区域内。除了A2组别之外，其它各组别的停车区都是在赛道起始线后三米的赛道内。停止时，要求赛车的所有轮胎都必须在赛道内。

起跑线的标志有两种形式：

对于B1，B2，A1组,赛道有一个长为的出发区，如下图所示，计时起始点两边分别有一个长度10cm黑色计时起始线，赛车前端通过起始线作为比赛计时开始或者结束时刻。黑线起始线的宽度与赛道边线宽度一致。

对于B3，B4，I1组别，在黑色计时起始线中间安装有永久磁铁，每一边各三只。磁铁参数：直径- 15mm，高度1-3mm，表面磁场强度3000-5000高斯。

图13起跑区域

起跑线附近的永磁铁的分布是在跑道中心线两边对称分布。相应的位置如下图所示：

图13跑线下的永磁体安放位置

对于A2组别，车模发车区域是在赛场一个边角内，边角的长宽都是50cm。比赛完毕后，不要求车模停止在固定的停车区域。

（5）赛道边界判定

除了信标越野组（A2）之外，其它各组别（B1，B2，B3，B4，A1，I1）都要求

车模在运行过程中保持在赛道内。为了便于客观判断车模是否冲出赛道，在安装的赛道上，可能会采取以下两种方式进行判断： ● 路肩

在赛边缘处粘贴两层黑色高密度海绵条，形成赛道路肩，作为赛道边界。海绵条宽度为，两层高度1cm ，间隔不超过25cm ，交错分布，间隔处仍为黑色边线。如下图所示：

长度25cm

间隔25cm

长度

25c

m

图14赛道路肩

● 感应铁丝

在赛道两侧边缘利用黑色胶带粘贴直径为1mm 的铁丝。赛车比赛前，统一在车模底盘两侧固定铁丝检测模块。在车模冲出赛道过程中，铁丝检测模块通过内部磁铁和霍尔元器件感应到铁丝，就会发出声响，同时点亮外壳的LED 灯，显示车模冲出了赛道。如下图所示：

赛道

图15感应铁丝

由于需要车模安装统一的铁丝检测模块，需要在车模底盘预留固定位置，详细说明参见“计时裁判系统”中的说明。

（6）赛道元素

比赛赛道是一个封闭曲线赛道，具有以下表格所示赛道元素。

注意：图例中除了赛道之外的交通标示只是用于赛道元素功能说明，在比赛现场的赛道周围没有这些交通标示。

曲线弯道

≥50c m

赛道中具有多段曲线弯道。这些弯道可以形成圆形环路，圆角拐弯，S 型

赛道等。赛道中心线的曲率半径大于50厘米。

十字交叉路口

90°

车辆通过十字交叉路口需要直行，不允许左转、右转。 赛道障碍

赛道障碍是对称楔形体，长宽高分别为30、10、5厘米。

路障内侧边缘距离赛道中心线距离是5厘米 电磁组没有赛道障碍。

不对称坡道

1

2

3

θ≤20°

(1,2,3)过渡弧长大于10cm

≤2

0°

坡道的坡度不超过20°。 坡道可以不是对称的。

坡道的过渡弧长大于10

厘米。坡道的长度、高度没有限制。一般情况下坡道的总长度会在米左右。电磁组的导引线铺设在坡道的表面。